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标题: VGA和HDMI，高清及相关。 [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2010-8-15 13:03
标题: VGA和HDMI，高清及相关。
目前很多消费者受到一些有意无意的技术误导，产生了一些技术误解，并在网络上到处传播，本文对这些流行观点进行收集，并一一解释，如有不当之处，请大家指正。

网友的误解有下面几点：

误解一； HDMI是高清，VGA不是。
HDMI是视频的接口标准，代表的是一种信号的传输格式。它包含视频信号、音频信号和HDCP版权保护协议等。目前HDMI最高支持1920*1080P的高清格式。
VGA也是一种视频接口标准，是IT业使用时间最长的视频传输方式。它支持从640*480一直到高达2560*1600的各种分辨率。
高清是指一种清晰度极高的分辨率，通常使用于电视机领域，包括：1280*720i、1280*720P、1920*1080i、1920*1080P等格式。
这三者不是等同关系，HDMI和VGA均是是信号传输方式，而高清是指一种视频分辨率。HDMI支持高清，VGA也同样支持。从现有的分辨率上看，VGA可以支持远远高于高清的分辨率。目前各大工程及各大机构的指挥中心（如：军警和电视台）均采用VGA技术来传输超高清晰的大屏幕图像。

误解二；HDMI带宽高，VGA带宽低。所以HDMI比VGA好
HDMI的带宽是数字信号带宽，VGA是模拟信号带宽，这两者处于不同的定义。不能直接进行比较。作为两种不同技术的传输方式，泛泛的比较带宽没有任何意义。如果要比较的话，可以在传输同样的分辨率的情况下进行比较，比如高清，HDMI需要2.2GHz带宽，而VGA仅仅需要172MHz带宽。这中间为什么有这样的差异呢？首先HDMI是数字信号，当模拟视频上产生一个脉冲电波信号，HDMI则需要一组0、1编码的方波信号来进行描述，其需要的带宽当然高很多。但是带宽高并不等于HDMI传输了更多的视频信号，这仅仅是因为传输技术的不同而已。

误解三；HDMI信号不需要数模转换，没有信号损失；VGA信号需要数模转换，信号损失大。
这个误解非常普遍，流传很广。但是各大视频技术（HDMI、DVI、Displayport等）的权威文章均没有提及，应该属于网友们的想当然的技术误解。首先我们要明白数字视频的含义：数字视频信号是用一组0、1编码的方波信号来对模拟信号进行描述（编码）；既然数字信号是描述模拟信号的，那么依照正确的数字编码来转换模拟信号，又怎么会出现损失呢。
HDMI虽然不需要数字模拟转换，但是还是要经过数字对数字的转换。无论它是怎么样的转换过程，转换成什么，终究是对模拟电信号的描述。他们的关系如下图：

数字信号描述的信号是由一个个点组成的，在信号的变化中是不连贯的，而模拟信号的变化是一个连续的曲线，所以模拟信号的给人的真实感更好。当数字信号转换至模拟信号的时候，直接出来的也是一个个的点（数字信号的采样点），而没有描述的部分会由转换程序自动生成（类似与3D的抗锯齿技术）以形成连续的模拟信号波形。模拟信号转换至数字信号的时候，连续的模拟信号转换为描述一个个点的数字信号，信号变得不完整。从这个过程看，数字信号转换为模拟信号是有增强而不是有损失，而模拟信号转换到数字信号才会有损失。
而在VGA传输过程中，VGA转LVDS驱动液晶面板的信号损失可以忽略，因为在前后端数字采样率相同的情况下，这些损失的信号本来就是（将数字信号转换为模拟信号的时候）程序自动填补的部分，不是数字信号源原本信号的损失。

误解四；HDMI信号传输没有损失，VGA信号传输损失大。
这个问题就涉及比较复杂的讨论，需要详细讨论它们的原理，比较它们之间的不同之处到底在哪里？
A） VGA的视频技术原理：
早期的显示输出标准有三种：MDA、CGA、EGA，这三种标准也都是以TTL数字信号输出，但是以模拟信号的方式输出的VGA标准的出现，立即淘汰了以前的老显示标准，直至现在，VGA已经统治计算机行业20年。
VGA视频技术在于它采用模拟分量传输方式，将视频信号分解为R、G、B三原色和HV行场信号。

这种20年前出现的技术导致VGA视频技术能以较低的模拟带宽来传输极高的图像分辨率而迅速确立统治地位，其VGA模式家族十分壮大，并延伸出一大堆专有名词，下面是VGA家族的部分列举：
QVGA Quarter VGA 320×240；
VGA 640×480；
SVGA Super VGA 800×600；
XGA Extended G A 1024×768；
SXGA Super Extended GA 1280×1024；
WXGA Wide Extended GA 1280×800；
WXGA Wide Extended GA 1440×900；
WSXGA Wide Super Extended GA 1680×1050；
UVGA Ultra VGA 1600×1200；
WUXGA Wide Ultra Extended GA 1920×1440；
WQXGA Wide Quad Extended GA 2560×1600；
从上面分辨率表格中各种高分辨率看出，关于VGA不能上高清格式的论点就不需要我反驳了，实在要验证的话，大家到显卡设置上去验证吧~~~~
B） HDMI原理：
HDMI是2002年新推出的针对家电市场的视频标准，它把视频信号分为R、G、B、H、V五种信号用TMDS技术编码，通过3个通道传输，这三个通道传输R、G、B三原色，HV编码在B信号通道里面传输，R、G、的多余位置用来传输音频信号。

HDMI和VGA经过了同样多的转换过程。两者的差别主要是HDMI的数字信号传输和VGA的模拟信号传输的差别，也就是说，HDMI和VGA主要是传输过程不同引起的差异。
HDMI采用的是TMDS技术传输信号（TMDS是最小化差分传输技术），VGA采用的是模拟非平衡传输技术。因为VGA视频技术诞生于20年前，当时还没有差分传输技术。在同类信号的对比中，差分平衡传输比非平衡传输强，这是肯定的事实。但是由于HDMI和VGA是不同的信号类型，具有不同的信号带宽，所以这个差分与非差分的传输技术差别被抵消了不少，同样的分辨率，HDMI比VGA需要的带宽高了10多倍。电信号传输的基本规律是：带宽频率越高，衰减越大。所以虽然HDMI的差分平衡技术比VGA的非平衡技术强，但是带宽瓶颈却制约了这个优势。所以VGA的极限传输距离是15米，HDMI的极限传输距离也是15米。从传输距离上我们也可以一定程度上看出传输的图像的优劣。

误解五； HDMI是数字信号，对信号的衰减有很强的纠错能力。
HDMI信号采用的是TMDS技术，属于实时传输。TMDS结构不同于数据封包技术，只有数据封包的传输才具有一定的信号纠错功能，比如：IP数据包技术和Displayport视频的微封包技术。

误解六；HDMI 的最高色深达到48位，所以效果好。
一种技术能不能发挥，关键还是他的环境。家庭应用本来应该以实用为王。HDMI不管是24位色深还是48位色深对于现代家庭来说都没有意义。受液晶面板技术的制约，我们所看到的液晶电视机和显示器的图像均是8位或者10位的，因为目前液晶面板技术只能达到这一步。
不仅仅液晶面板如此，连我们在网络上下载的高清片源也是8位或10位的。不管是从信号片源还是终端显示设备来看，高色深还仅仅是个概念性的东西，无任何实用价值。
如果大家现在面前是液晶显示器，可以现场调一下，将显示属性的32位真彩，改为16位。看看你的面前的图像有没有变化。

误解7；使用DVD碟机的HDMI接口和VGA接口信号差距比较大，说明HDMI比VGA好。
关于这个问题我们先看电脑主机，我们在使用电脑主机的HDMI接口和VGA接口的信号清晰度没有什么差别。为什么会出现DVD碟机有差别，而电脑主机却没有差别呢？简单的很：成本！！
早期的DVD使用的视频标准是600线，在这个分辨率下，VGA模式的电路成本非常低廉。同时DVD碟机的迅速降价也导致DVD碟机制造商不会提升造价。而带有HDMI接口的DVD碟机就不同了，HDMI的概念能够给DVD碟机制造商带来巨大的利润。其价格相差达到5-6百人民币。为了突出这个产生价格差的概念，做好HDMI接口的效果是必然的，这就导致消费者误以为HDMI效果远胜VGA效果，却不知道这是为了概念炒作。而这两个接口的制造成本有这么大的差距吗？我们对比显卡就是明证：带HDMI接口和不带HDMI接口的显卡，价格差距并不大，效果差距也不大。

HDMI视频技术的固有缺点：
1）HDMI是外部接口，对于视频的分辨率和色深的提升能力有限。
HDMI规范书虽然突出高带宽和高色深概念，但是限于HDMI前面的计算机内部信号和后端液晶驱动电路的限制，不可能有太大的提升，真正能够做到未来的具有很大提升空间的视频标准是Displayport，他不仅仅可以作为外部信号的接口（设备to设备），也可以成为内部信号标准（IC to IC），统一计算机内部和液晶面板的驱动电路。从而实现计算机内部信号直接驱动液晶面板。类似于笔记本的液晶显示技术，笔记本是直接使用LVDS技术驱动液晶面板。

2）HDMI兼容性不好。
由于HDMI的固件升级困难，HDMI1.1版本的设备将无法使用HDMI1.3协议，所以如果你购买了HDMI 1.3版的DVD碟机，HDMI 1.3接口的液晶电视，但是采用的HDMI1.1的线材，那么你就老老实实让它跑HDMI1.1的协议吧。同时，同样具有HDMI接口的不同设备间也会出现不兼容不能显示的问题，HDMI对设备的检测采用的是穷举法，在兼容性上具有先天局限。

总述：
HDMI接口整合了音频、HDCP版权协议、数字视频信号等，使用上确实比VGA接口方便，但单从视频清晰度上，HDMI并不占有多大的优势地位。所以我们看到家电领域对消费者狂炒HDMI高清概念，而技术务实的IT行业并不哄炒HDMI概念。而这些炒作的造成的误解、炒作者本身的技术素质令人目瞪口呆：大多数家电销售员对于一些基本的常识都不清楚，而宣传这些概念的时候也是口若悬河。还是引用一段技术界对HDMI的评价来做这个总结吧：
HDMI是一种很不错的消费电子产品接口，但VESA认为它并非PC机显示器接口的最佳解决方案。它在PC机显示器(请查看对照表，这可能完全影响到未来显示器的发展趋势)的分辨率和颜色深度方面性能比较有限。HDMI只是非常出色的A/V接口，而不是广泛通用的显示接口。HDMI规范无法将设备内部和外部的显示接口统一起来，它主要面向消费电子设备。

作者: 乏味 时间: 2010-8-15 13:04
高清技术分析及应用现状

人们期待电视呈现更真实逼真的画面，如同在电影院欣赏电影一般的收视效果。高清电视标准中提高了分辨率，采用了逐行扫描和提高帧频的技术，更符合人们的观看16：9的宽画幅，提高了电视的收看效果。

高清电视不等于数字电视，日本早在1990年左右就搞模拟HDTV，并于1992年试播，当数字HDTV出来后，日本才停止其模拟HDTV并改为数字的。

一、高清技术标准
当前电视制式的主要技术特征是行频、场频、扫描方式、宽高比。制式决定了电视所携带的信息量和显示质量。数字高清是多种制式并存，针对不同的需求采用不同的制式。
HDTV有清楚度等级不同的图像三种显示格式，分别是：720P，1080/60i/50i，1080/24p/25p/30p
1920×1080/i是清楚度指标最高的，GD总局于2000年8月发布了GY/T155-2000高清楚度电视节目制作及交换用视频参数标准，将1080/50i确定为中国的高清楚度电视信号源标准，采用1080/50i作为高清信号源标准的一个突出优点是1080/50i与我国现行的标清信号源576/50i可以非常轻易地实现上/下变换，为顺利从标清向高清过渡提供了良好的条件。
1080/24P是一种专门用于后期制作的高清楚度电视格式，它采用的24帧逐行扫描方式与每秒24幅画面的电影胶片具有每帧电视图像与每幅画面一一对应的关系，因此在进行胶片与磁带的相互转换时不会产生因帧频变换而带来的图像质量损失。1080/24P是电影与电视结合的最佳桥梁，已经被美国的节目制作行业，非凡是采用胶片作为前期拍摄的节目制作公司接受为后期制作的标准，正在成为国际间高清楚度电视节目的交换标准。
码率显著的提高
我们这里计算下HDTV的基带码流。根据SMPTE274M数字电视标准中，采用10比特量化时，HD数字电视信号的基带码率是1485Mbps×10+2×3125×10），其中有效码率为829.44Mbps。而根据ITU-R601数字电视标准，采用10比特量化时，SD数字电视信号的基带码率是270Mbps，其有效码率为16888Mbps。因此，HDTV的绝对码率是旧的PAL制SDTV的5倍，有效码率是SDTV的5倍。高码率成为高清节目的最大特点，是制作与传输环节所要解决的首要问题。

二、高清的实现包括HD制作、节目传输和接收显示诸多环节
节目制作
由于高清节目所包含的信息量更大，码率更高，给节目制作带来诸多课题。如节目存储、制作网络环境的建立、硬件运算速度的提高等。
以下技术使得高清节目的制作与传输得以实现，促进了高清的发展：
CPU运算速度的提高。高速的运算能力满足了对较高压缩比，较复杂算法的编码的解码工作。随着蓝光盘存储技术，半导体存储技术及硬盘存储技术的发展，存储大尺寸的高清媒体文件成为现实。压缩编码技术的发展，如WMV9、H.264等编码压缩技术，使高清节目文件放下庞大的身躯，更适合存储和传输。传输技术的发展提高了带宽，不仅能够建立高清节目编辑制作的网络环境，也促进了广域网络高清节目的传播和发布。
众多非线性编辑软件厂商和硬件设备厂商积极推出支持高清的产品，让高清节目制作触手可及并更为普遍。例如sony公司开发的Xpri高清非线性节目制作系统，可协助实现从采集到播出全程高画质，实时的进行高清编辑，并且它与XDCAM专业光盘系统无缝兼容，可实现有效的高清存储。同时如Apple公司，Discreet公司等都纷纷推出支持高清节目编辑的FinalCutProHD，AvidHD等软件系统。
此外高清在移动现场编辑方面也有较大的发展。目前火线传输已可以支持高清。这大大降低了高清系统设备的成本。2004年，苹果公司和松下公司合作实现了在IEEE1392火线以100Mbps传输DV-HD。苹果把自己定位于专业移动编辑系统供给商。它提供功能强大的膝上型电脑，如PowerBook系列高端的Titanium，以及带FinalCutPro的专业编辑系统。FinalCutProHD通过FireWire电缆提供捕捉、编辑和输出广播质量HD视频的能力，无需使用其它硬件。
这些技术的发展提高了工作效率，革新工作流程。
高清信号的传输
高清信号的传输方式既可以是模拟的也可以是数字的，不过从目前的技术发展来看即将播出的高清电视不可能采用模拟传输方式。数字信号的传播速率达每秒19.39兆字节，如此大的数据流传输速度保证了数字电视的高清楚度。所以，高清电视的播出就牵涉到了数字电视的传输问题。
在中国，卫星数字电视的传输，国家采用DVB-S标准；GD总重庆影视制作局推荐使用DVB-C作为中国有线数字电视传输的行业标准。地面播出数字传输技术标准还没有确定，但同时根据目前的技术，数字电视的地面传输还不能支持高清节目。
在传输过程中使用的压缩编码
HD的基带码流高达5Gb/s。与标清服务相比，分发高质量HD节目需要5倍的带宽。传输高清信号首先要对其进行压缩。采取有效的压缩办法，从质量和效率上去平衡，从而保证基于目前IT技术的网络能够满足高清节目所要求的带宽和存储量。
目前的HDTV传输压缩标准DVC-S，DVB-C使用的是MPEG-2压缩编码。后来发展起来的WMVH.264等编码压缩技术与MPEG-2相比，能节省一半多的带宽，这将对HD节目的分发产生巨大的影响。
在下一代HDTV传输压缩标准中，MPEG-4和微软的编解码方案竞争激烈。在欧洲，MPEG-4占上风。Premiere？World将把MPEG-4用于其下一代压缩。去年推出HD业务的法国广播机构也在考虑MPEG-4。但目前MPEG-4要求相当高的许可费用。
对于VC-虽然VC-1是蓝光盘和HD-DVD解码方案的一部分，但至今还不是一种标准。有些广播机构质疑微软方案在专业领域的表现。但在端到端系统解决方面，微软已提出方案，并获得不错的评价。而没有这方面的选择。并且相比MPEG-微软方案没有高额的许可费用，具有成本优势。

三、高清的实现经历过渡阶段
在从标清向高清的过渡过程中，很长一段时间，SD和HD混合制作、并行发展。无论是SD素材还是HD素材，通过丰富的转换接口，经过上下变换，使得一套工作流程同时输出SD和HD节目。例如，高清摄像机、高清摄像机的内部一般都配置了下变换器，在输出高清信号的同时也可以输重庆影视公司出高质量的标清电视信号。
而且目前采用1080/50i作为高清信号源标准的一个突出优点是1080/50i与我国现行的标清信号源576/50i可以非常轻易地实现上/下变换，为顺利从标清向高清过渡提供了良好的条件。
上/下变换包括场频的变换，行频的变换，扫描方式的转换以及宽高比的转换等以实现视频制式的转换。
显示画面宽高比转换对画面的影响
4：3信号上变换到16：9一般有三种方式：垂直布满，左右两边出现黑边；水平布满，垂直方向上，图像上下被裁减；完全填充，在16：9的屏幕上完全看到4：3的图像，水平方向被拉长。
16：9信号下变换到4：有三种常规的方式：切边模式；信箱模式；压缩模式。
可以看出这些变换方式会引起图像的变形或画幅的缩小。这就对节目制作中特技的处理和字幕位置提出了课题。例如：
高清节目下变换到标清频道播出时，若使用切边模式下变换，要考虑字幕与哑语的位置。标清节目上变换到高清频道播出时，若采用完全填充方式，会带来水平画面拉伸。
除此之外，在节目摄制时，还要考虑演播室的长宽比是否适合16：9的构图要求。
在设备的过渡过程中，系统的建立应考虑的问题
高清标清同步信号的差异
在高清/标清兼容的演播室系统中，使用的同步基准信号有两种，一种是高清专用的模拟三电平同步信号，另一种是与现有标清系统完全相同的BB信号。早期的高清产品大多只能接受三电平同步信号，所以就产生一个系统内需要两种同步信号的问题。随着技术的发展，目前大部分高清设备如摄像机、录像机等都能接受三电平和BB这两种同步信号。
在高清演播室系统中，各种上下变换会产生各种延时，应对延时进行调整，以保证声话同步。在图像监控方面，由于高清监视器价格昂贵，需考虑降低高清系统用于监视的成本。
除导演、导播以及技术监控人员必须使用广播级的高清监视器以对节目质量进行评判外。对于系统内的信号源如摄像机、录像机以及字幕机等主要关注其图像内容的信号源监视，则可采用将输入的高清数字信号下变换成模拟标清信号后用普通的模拟标清监视器监视高清信号。此时下变换器应设置为信箱模式，以便在4：3的屏幕内能显示16：9画面的全部内容。另外对于重庆动画公司外来的高清信号监视，除上述办法外，还可以采用HD-SDI/VGA转换器将数字高清信号转换成计算机显示格式信号后用普通的计算机显示器监视，以降低高清系统用于监视的成本。
字幕的问题
高清节目采用高清CG，避免出现因为没有实现全系统高清而采用标清CG的情况。目前，大多字幕机厂家已经可以提供支持高清的字幕机产品，有的型号还可以实现高清/标清可切换操作。
还需要提到的是，更高的清楚度，使拍摄时对摄像的聚焦要求更加苛刻，对光圈等各项参数的调整更加严格。任何细微的误差都会在高清屏幕上显露无遗。这也导致对化妆、灯光、美工等诸多方面要求的提高。

四、高清应用
随着高清技术的发展，高清应用越来越广泛。除去电视领域，高清技术还被用在数字影院，资料保存、医疗检测、大屏幕广告等领域。
高清在电影上的应用
传统胶片电影与数字载体的比较
传统胶片电影的制作需要将声音、画面分开处理。对于画面的剪接，首先通过胶转磁，利用视频非线性系统进行初编，然后将编好的节目时间码转换成胶片的物理长度信息，再来最终剪接胶片。对于特技合成，需要通过昂贵的高分辨电影胶片扫描仪将胶片扫描成2K或4K的图像文件，利用电脑进行特技合成，然后再将图像还原成胶片。可以看出，这样的流程不但成本高、效率低、也不便于节目的修改、存贮和拷贝。
而使用数字载体，制作流程简化，便于电影的后期制作及存储，且具有效率高、成本低、前后保质，应用灵活，易于传输等特点。
为何数字高清成为胶片的数字载体
HD格式，1920×1080的显示格式接近35mm宽银幕电影画面质量。而且1080/24P格式正好与电影每秒24格的速度对应，使得HD节目可以方便地转化为35mm胶片和数字影院节目；胶片可方便地转化为HD进行后期编辑。
这些特性使得HD成为胶片的数字载体。而专业设备厂商也根据这一需求，推出相应的记录格式，来推动HD技术在这一领域的应用。如SONY公司推出的HDCAMSR格式。
电影数字化包括
用高清24P摄像机进行电影拍摄，编辑后将成片节目再转为胶片或数字影院节目。采用胶片进行前期拍摄，而后转为HD进行后期制作。数字影院，采用HD投影仪投影到重庆动画制作银幕上播放硬盘的HD节目，这意味着在电影这种媒介中将放弃使用胶片。

高清在电影领域的应用现状
现在，很多黄金电视剧、电影开始采用HD拍摄。例如《星球大战前传II-克隆人的进攻》的拍摄就放弃胶片，而使用SONYCineAlta系列的高清设备。
而为了满足数字电影以及高档高清节目的母版制作要求，SONY公司推出了HDCAMSR格式。这种格式采用4：4：4的采样，10/12bit量化，码率高达440Mbps，12ch数字音频，压缩比只有7：使得HD记录电影清楚度更接近于胶片。据悉，闻名导演乔治.卢卡斯已采用HDCAMSR进行《星球大战前传III》的拍摄，我们将拭目以待。
同时我们也相信，随着这些格式的产生，HD作为胶片的数字载体，应用将越来越广，越来越成熟，更多更完美的数字电影和电视节目将纷至沓来。
低成本的高清技术HDV推广普及高清应用
高清系统设备成本高，为其发展推广设置了高门槛。所以降低系统成本就有着非凡的意义。HDV的诞生就顺应了这一市场需要。
HDV采用减少色差取样，MPEG-2IBP帧间压缩，6帧一个GOP；同DV一样的磁迹，一样的码率25Mb/s，是HDV原始数据的1/20。HDV在记录信息与DV相同的条件下，传送了更多的原始信息。
对当前的HDV来说，当前摄像机和显示器还不支持1080的上限1920×1080，而比较轻易达到1280×720。HDV的摄像机和编辑环境还不能达到高标准高清的水平。但由于在新闻节目中人对内容的关注大于对图像质量的关注，且使用HDV，新闻摄制组能以非常经济的方式拍摄HD镜头，上市仅仅一年小型轻量的HDV摄录一体机现在在ENG有流行之势。HDV被喻为高清领域的DV，其将高清节目的制作成本降低到与我们今天的标清成本相当。
对于编辑，HDV采用的是MPEG-2IBP帧间压缩方式，6帧一个GOP，不像DV是帧内压缩。这就会导致在后期编辑中，不能保证精确到帧的编辑精度。这对编辑是种挑战，但各非线性编辑厂商，都提供了解决此难题的各种方案，支持HDV的非线性编重庆FLASH制作缉。例如，CineForm把HDV码流转换为小波，使之在AdobePremierePro和Sony的Vegas5之中更易处理。

结论

随着高清技术的成熟；各专业厂家对高清产品的积极投入；适应不同市场需求的高清格式的不断产生；高清设备成本的不断降低；高清离我们越来越近。相信在不久的明天，HDTV将走入平常的百姓家庭。

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